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导管架平台损伤检测及疲劳寿命研究

2020-11-22阅读(938)

导管架平台损伤检测及疲劳寿命研究

论文摘要

由于海洋平台具有结构庞大、载荷复杂多变以及所处环境恶劣等特点,早期的研究项目大多是对某些重要部位上节点的应力和加速度进行监测,来分析平台的疲劳寿命及整体强度安全性评估。随着结构参数识别、损伤分析和安全度评估理论及技术研究的不断深入,以及各种传感器元件、测试设备和计算机硬件、软件系统的发展,海洋结构物的损伤检测以及实时监测与安全评估等方面的研究取得了很大的进展。对于海洋平台,损伤的出现会不同程度地引起结构参数的改变,结构动力特性能敏感地从整体上反映结构参数的变异,因此结构的动力检测是一种有效的检测手段。（1）首先对某现役平台进行了模型试验,通过模拟不同损伤状态,采用动力学的方法,试图通过频率、动力响应时间历程来说明损伤前后这些特性的变化。特别指出了,当损伤很小时（这些是工程中极为关心的内容）,直接通过这些动力学参数,很难发现损伤。（2）小波变换具有在时域和频域内表征信号局部特性的能力,能够在不同尺度下对结构响应中的突变信号进行放大和识别。本文在位移模态振型的基础上,提出了一种基于小波变换的结构损伤检测方法。将损伤前后结构的位移模态振型差作为原始信号进行小尺度小波变换,选择性能优越的bior6.8小波,对损伤前后结构的位移模态振型差进行一维小尺度连续小波变换,以损伤前后小波变换系数作为损伤指标,通过损伤指标的分布情况进行损伤检测和定位通过损伤前后位移模态振型差小波变换系数的变化,可判定损伤存在,确定损伤位置。并通过悬臂梁和海洋平台的数值模拟对该方法进行了验证。（3）针对结构动力特性参数的变化可能很小从而不足以反映结构的这种早期微小损伤。我们提出采用小波变换的方法来进行小损伤的检测,文中将结构的频响函数（FRF）通过连续小波变换,加速度响应通过Daubechies-6小波进行小波变换,从很好地预报了损伤的存在。这一结果还和所进行的模型试验进行了对比,从而验证了本文方法的可行性。（4）小波包分析（Wavelet Packet Analysis）能够为信号提供一更加精细的分析方法,它将频带进行多层次划分,对多分辨分析没有细分的高频部分进一步分解,并能够根据被分析信号的特征,自适应地选择相应频带,使之与信号频谱匹配,从而提高了时频分辨率,因此小波包具有更广泛的应用价值。借助小波包分析,进行多层次的高频和低频分解,更有效地发现信号奇异性,找到与损伤对应的信号特征。针对本文的模型实验结果,本文采用小波包方法,分别选用Haar小波、Daubechies N（N=2,3,4）、Symlets N（N=2,3,4）、Bior1.1,2.2, 3.1,1.3和Rbio2.2,3.1,4.4等各种不同的小波作为小波基,对上述加速度信号进行小波包变换,用各种小波进行小波包变换得到低频部分（A1）和高频部分（D1）。从而给出了损伤预测。（5）为了能够对受损平台的安全性作出合理的评价,本文针对某平台,首先针对服役环境,详细地计算了环境载荷,并通过有限元模型计算了各个相关工况下受损平台的名义应力分布。假定平台结构存在初始裂纹,本文采用MC方法和裂纹扩展的PARIS公式,进行了受损平台的疲劳可靠性计算。（6）最后对本文所做的工作进行了总结,指出了下一步应进行的研究工作。

论文目录

  • 摘要
  • ABSTRACT
  • 第一章 绪论
  • 1.1 前言
  • 1.2 导管架海洋平台
  • 1.3 海洋平台损伤检测
  • 1.4 基于小波分析的结构损伤检测进展
  • 1.5 结构疲劳寿命及海洋平台结构剩余寿命评估的研究进
  • 1.6 海洋平台疲劳及疲劳可靠性
  • 1.7 论文的主要研究内容及创新点
  • 第二章 小波分析及其在结构损伤检测中应用的基本原理
  • 2.1 概述
  • 2.2 小波分析
  • 2.3 常用小波函数
  • 2.4 连续小波变换（CWT）
  • 2.5 离散小波变换
  • 2.6 多分瓣分析
  • 2.7 小波包分析
  • 2.8 小波理论在结构损伤检测中应用的基本原理
  • 2.9 本章小结
  • 第三章 受损平台动力特性模型试验研究
  • 3.1 概述
  • 3.2 模型描述
  • 3.3 试验内容
  • 3.4 主要试验过程
  • 3.5 试验结果与分析
  • 3.6 本章小结
  • 第四章 基于小波分析的结构损伤检测
  • 4.1 概述
  • 4.2 基于振型差小波变换的结构损伤检测
  • 4.3 加速度频响函数的连续小波变换
  • 4.4 加速度历程的多瓣小波变换
  • 4.5 加速度历程的小波包变换
  • 4.6 本章小结
  • 第五章 受损海洋平台疲劳寿命评估
  • 5.1 概述
  • 5.2 计算目标平台及有限元模型
  • 5.3 海洋环境资料
  • 5.4 平台结构载荷
  • 5.5 典型管节点应力集中系数分析
  • 5.6 裂纹的随机扩展
  • 5.7 本章小结
  • 第六章 结论与展望
  • 6.1 主要研究结论
  • 6.2 未来展望
  • 参考文献
  • 攻读博士学位期间发表、录用及完成的学术论文
  • 致谢

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